Расчет на прочность надрессорной балки грузового вагона. Схема приложения расчетных сил к надрессорной балки тележки и положение расчетных сечений

Страницы работы

12 страниц (Word-файл)

Фрагмент текста работы

4 Расчет на прочность надрессорной балки грузового вагона

Надрессорная балка рассматривается как статически определимая на двух опорах балка. Опорами в вертикальной плоскости являются рессорные комплекты.

Расчетными сечениями балки являются сечения: 1-1 – посередине балки; 2-2 – по краю подпятника; 3-3 – по краю технологического отверстия; 4-4 – возле скользуна; 5-5 – в концевой части.

Рис. 4.1 – схема приложения расчетных сил к надрессорной балки тележки и положение расчетных сечений


4.1 Определение расчетных сил действующих на балку

Расчетными силами при проектировании надрессорной балки являются: вертикальная статическая Рст; вертикальная динамическая Рд; вертикальная от боковых сил РБ; вертикальная от продольных сил инерции при торможении РИ; продольная сила инерции, возникающая при торможении ТИ. Горизонтальная сила от боковых нагрузок, действующая вдоль надрессорной балки, в расчете не учитывается.

Вертикальная статическая сила, кН,

                                          (4.1)   где  РБР – вес вагона брутто, кН,

                                           РБР = m0p0;                           (4.2)

где m0 – осность вагона, m0 = 4;

р0 – заданная осевая нагрузка, р0 = 230 кН;

Тогда

РБР = 4·230 = 920 кН.

где nT – число 2-осных тележек в вагоне, nт = 2;

nнб – число надрессорных балок  тележки,  nнб = 1;

mКП – масса колесной пары, mКП = 1254 кг;

mБ – масса буксового узла, mБ = 0,74 кг;

mрп – масса рессорного подвешивания, mрп=40 кг;

mр – масса рамы тележки, mр=363 кг;

g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2;

Тогда

 кН,

Вертикальная динамическая сила, кН,

                                               РДСТКД,                           (4.3)

где КД – коэффициент вертикальной динамики,

                                                      (4.4)

где  – среднее значение КД,

                                                  (4.5)

где  – коэффициент, принимаемый равным 0,1 для   обрессоренных частей тележки;

 – коэффициент, учитывающий влияние числа осей "n0" в тележке,

                                                                    (4.6)

Тогда

где  – скорость движения вагона в соответствии с принятым расчетным режимом. Для III режима дня грузовых вагонов  = 33 м/с;

 – статический прогиб рессорного подвешивания, м. Для тележек грузовых вагонов,  = 0,05 м;

 – параметр функции распределения. Для грузовых вагонов            = 1,13;

Р(КД) – доверительная вероятность, Р(КД) = 0,97.

Тогда среднее значение

значение коэффициента

;

по формуле (5.3)

РД = 430·0,43 = 185  кН.

Вертикальная составляющая от боковых сил, кН,

                           (4.7)

где HЦ – центробежная сила от веса вагона брутто, кН,

                                              HЦ  = ЦּРст;                          (4.8)

HЦ  = 0,075·430 = 32,3кН, где Ц – коэффициент, учитывающий центробежную силу. Для грузовых вагонов, Ц  = 0,075;

НВ – давление ветра на кузов вагона, кН,

HВ = w F;                                          (4.9)

где w – удельное давление ветра, w = 0,5 кН/м2;

F – площадь боковой проекции кузова на вертикальную продольную плоскость симметрии вагона, F=6 м2;

HВ =0,5 · 6 = 3 кН, где hЦ, hВ – вертикальные расстояния от точки приложения силы РБ до точек приложения сил НЦ и НВ соответственно, hЦ=1,500 м, hВ=2,500м;

2b – расстояние между осями скользуна и подпятника, 2b =  0,762 м.

Тогда

 кН.

Продольная сила инерции при торможении, кН

Ти = ּРбр,                                               (4.10)

где – коэффициент, принимаемый равным 0,2 – при нормальных и повышеннах скоростях движения и отсутсвии соударения.

Ти = 0,2·920 = 184кН.

Вертикальная от продольных сил инерции

 кН

В горизонтальной плоскости расчетной силой является Ти, а в вертикальной плоскости:

при движении по прямому участку пути

Р = Рст + Рд + РИ = 430 + 184 + 42,3 = 656,3 кН;

при движении в кривой – Р и РБ.

4.2  Изгибающие моменты в сечениях балки

При движении вагона по прямому участку пути:

– в вертикальной плоскости

МВi = RA∙li                                                                            (4.11)

– в горизонтальной плоскости

МГi = ТA∙li                                                   (4.12)

где li – расстояние от точки приложения реакции RА до рассматриваемого i-го сечения: l1=1,018 м,  l2=0,826 м, l3=0,528 м,  l4=0,218 м,  l5=0,102  м, a=0,256 м, c=0,572 м, d=0,342 м, 2b=0,702 м.

RA, ТА – соответственно вертикальная и горизонтальная реакции в опоре А балки на рессорный комплект, кН;

RA = 0,5 ∙ Р = 0,5∙656,3 = 328,2 кН.

ТA = 0,5∙ТИ = 0,5∙184 = 92кН.

Тогда по формуле (4.11)

МВ1 = RA∙l1 = 328,2 ∙1,028 = 337,4 кНּм;

МВ2 = RA∙l2 = 328,2  ∙0,826 = 271,1 кНּм;

МВ3 = RA∙l3 = 328,2  ∙0,598 = 196,3 кНּм;

МВ4 = RA∙l4 = 328,2  ∙0,218 = 71,5 кНּм;

МВ5 = RA∙l5 = 328,2  ∙0,102 = 33,5кНּм.

По формуле (4.12)

МГ1 = ТA∙l1 = 92∙1,028 = 95,4 кНּм;

МГ2 = ТA∙l2 = 92∙0,826 = 76,6кНּм;

МГ3 = ТA∙l3 = 92∙0,598 = 55,5 кНּм;

МГ4 = ТA∙l4 = 92∙0,218 = 20,2 кНּм;

МГ5 = ТA∙l5 = 92∙0,102 = 9,5 кНּм.

При движении вагона по кривому участку пути:

– в вертикальной  плоскости

МВ1=RA∙l1 - РБ(l1 - a)=328,2∙1,028 – 45,6(1,018 - 0,256)=302,6 кНּм

МВ2=RA∙l2 - РБ(l2 - a)= 328,2∙0,826 – 45,6 (0,826 - 0,256)=245,1 кНּм

МВ3=RA∙l3 - РБ(l3 - a)= 328,2∙0,598 – 45,6 (0,598 - 0,256)=180,6 кНּм

МВ4=RA∙l4 - РБ(l4 - a)= 328,2∙0,218 – 45,6 (0,218 - 0,256)=73,3 кНּм

МВ5=RA∙l5 - РБ(l5 - a)= 328,2∙0,102 – 45,6 (0,102 - 0,256)=40,4 кНּм

– в горизонтальной плоскости – изгибающие моменты останутся такими же что и при движении по прямому участку пути, т.е. МГiA∙li.


4.3  Определение геометрических характеристик расчетных сечений надрессорной балки с использованием ЭВМ

Рис 4.2 – Расчетные сечения надрессорной балки тележки грузового вагона с осевой нагрузкой Р0<245 кН

Линейные размеры расчетных сечений для осевых нагрузок 220-244 кН приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 – Линейные размеры расчетных сечений

Осевая нагрузка Р0, кН

Номера сечений и толщина их стенок, мм

 

1-1

2-2

3-3

4-4

5-5

 

δ1

δ2

δ3

δ1

δ2

δ3

δ1

δ2

δ3

δ1

δ2

δ3

δ1

δ2

δ3

220-244

14

24

30

14

25

29

14

23,5

21

14

21

16

14

18

15

 

Расчет геометрических характеристик выполняем с помощью программы на ЭВМ разработанной на кафедре “Вагоны”, результаты вычислений сводим в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 – Геометрические характеристики сечений надрессорной балки тележки модели 18-100 грузового вагона

Сечение

Координата центра тя -жести, 10-2м

Площадь попереч-ного сечения, Fi, 10-4м2

Момент инерции

при изгибе, 10-8м4

Момент сопротивления, 10-6м3

при изгибе в валокнах

Х0

Y0

Ix

Iy

верхних

нижних

левых

правых

WBX

WНX

WЛY

WПY

1-1

2-2

3-3

4-4

5-5

18,19

14,10

14,50

20,20

20,50

22,00

20,90

15,40

8,60

7,20

315,00

297,30

192,80

202,60

185,10

61663,40

65637,40

32814,60

1169,80

6656,00

34430,2

25129,8

17505,7

35096,4

30525,1

3465,4

3378,5

1957,8

1135,2

833,1

2802,0

3129,7

2125,4

1343,9

923,0

1891,7

1794,9

1207,1

1737,4

1489,0

1891,7

1794,9

1207,1

1737,4

1489,0

4.4 Вычисление напряжений в расчетных сечениях балки и сравнение их с допускаемыми

Данная надрессорная  балка  изготовлена из стали марки 20ГФЛ

Похожие материалы

Информация о работе